KR20130039250A - 전기 영동 입자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전기 영동 입자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 영동 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 입자는, 하전된 모입자 및 상기 모입자의 표면 상의 복수의 자입자들을 포함하는 코어 구조; 및 상기 코어 구조 상의 중합 분산층을 포함한다.

Description

전기 영동 입자 및 이의 제조 방법{Electrophoretic particle and method for fabricating the same}
본 발명은 디스플레이 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기 영동 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치를 대체하기 위한 정보 디스플레이 장치로서, 전기 영동 방식(electrophoresis), 통전변색 방식(electro-chromic), 및 이색 입자 회전 방식(dichroic particles rotary method)을 이용한 디스플레이 장치가 제안되어 왔다. 이들 기술들은 종이와 같은 통상의 인쇄 매체에 근접한 넓은 시야각, 낮은 소비 전력 및 메모리 효과와 같은 이점들 때문에 액정 디스플레이 장치를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이 장치로서 수요가 발생되고 있다.
이들 디스플레이 장치들 중 전기 영동 방식의 디스플레이 장치는 2 개의 전극들 사이에 인가된 전기장에 의해 하전된 입자들이 이동하는 현상을 이용한 장치이다. 습식 전기 영동 방식의 디스플레이 장치는 절연성 액상 유체 내에 상기 하전된 입자들이 분산된 입자 분산 용액을 사용한다.
상기 입자들은 한 종류의 컬러를 갖거나, 2 종류 이상의 컬러를 갖는 서로 다른 종류의 입자들을 포함할 수 있다. 2 종류 이상의 컬러 입자들이 사용되는 경우, 이들 입자들의 전기적 극성은 서로 반대인 것이 일반적이지만, 동일한 극성을 같더라도 전기 영동 이동도의 차이에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.
이와 같이, 전기 영동 디스플레이 장치는 전기적 극성을 갖는 입자들에 의해 정보를 표시하는 것이기 때문에, 제품이 사용되는 다양한 환경에서 입자의 전기적 특성이 유지되면서도, 분산 특성이 유지되어야 한다. 최근, 자동차의 인텔리전스화와 관련하여, 다양한 디스플레이 장치들이 차량의 정보 시스템에 결합되고 있다. 전기 영동 디스플레이 장치가 이러한 차량의 정보 시스템에 사용될 수 있기 위해서는, 상온과 달리 더 혹독한 온도 범위, 예를 들면 70℃ 의 고온 환경에서 입자의 전기적 특성 및 분산 특성이 유지될 필요가 있다. 이러한 고온 내구성은 실외와 같은 일반적인 사용자 환경에서도 중요하게 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상온에서는 물론 고온에서도 우수한 분산 특성을 가짐으로써, 넓은 동작 온도 범위에서 우수한 표시 품질과 쌍안정성을 갖는 전기 영동 입자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 전기 영동 입자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 입자는, 하전된 모입자; 및 상기 모입자의 표면 상에 외첨된 복수의 자입자들을 포함하는 코어 구조; 및 상기 코어 구조 상의 중합 분산층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 중합 분산층은 상기 복수의 자입자들 표면 상에 형성될 수 있다. 상기 모입자는 하전된 중합 바인더 및 상기 중합 바인더 내에 분산된 색재를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 모입자의 직경은, 400 nm 내지 3 ㎛의 범위 내이고, 상기 복수의 자입자들의 직경은, 10 nm 내지 300 nm의 범위 내이며, 상기 복수의 자입자들은 상기 모입자 표면에 100 % 미만의 피복률을 갖도록 외첨될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 자입자들의 평균 직경에 대한 상기 모입자의 평균 직경의 비는 1/300 내지 1/10 범위 내일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 자입자들은, 금속 산화물, 금속염, 또는 단원자 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 복수의 자입자들은, 폴리에스테르, 스틸렌-아크릴, 메틸메타크릴레이트 계열의 중합체를 포함할 수도 있다. 상기 중합 분산층은 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체를 포함할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 입자는, 하전된 모입자를 제공하는 단계; 상기 하전된 모입자 상에 복수의 자입자들을 외첨시켜, 상기 하전된 모입자의 표면적을 확장시키는 단계; 및 상기 복수의 자입자들의 표면 상에 중합 분산층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 자입자들은 상기 하전된 모입자 상에 100% 미만의 피복률을 갖도록 외첨될 수 있다.
상기 중합 분산층은, 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 하전된 모입자 상에 복수의 자입자들을 외첨시키는 것은 비드 밀링에 의해 수행될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 영동 입자는, 하전된 모입자를 제공하는 단계; 표면에 중합 분산층이 형성된 복수의 자입자들를 제공하는 단계; 및 상기 하전된 모입자 상에 상기 중합 분산층이 형성된 복수의 자입자들을 외첨시켜, 상기 하전된 모입자의 표면적을 확장시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 자입자들은 상기 하전된 모입자 상에 100% 미만의 피복률을 갖도록 외첨될 수 있으며, 상기 중합 분산층은, 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 하전된 모입자 상에 복수의 자입자들을 외첨시키는 것은 비드 밀링에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 하전된 모입자 상에 외첨된 복수의 자입자들에 의해 유효 표면적이 확장되고, 상기 확장된 유효 표면적 상에 중합 분산층이 형성될 수 있다. 이로써, 중합 분산층의 결합 면적이 극대화될 수 있으며, 습식 전기 영동 디스플레이 픽셀 내에서 상기 전기 영동 입자의 분산 안정성이 향상되고, 상온에서는 물론 고온에서도 우수한 표시 품질과 쌍안정성이 확보될 수 있다. 또한, 절연성 유체 내에서 중합 분산층에 의해 상기 전기 영동 입자의 체감 밀도가 감소되어, 전기적 이동도가 증가됨으로써 구동 속도가 향상된 전기 영동 입자를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 전기 영동 입자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 픽셀을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역 또는 부분을 다른 영역 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 입자(100)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기 영동 입자(100)는 코어 구조(15)를 포함한다. 코어 구조(15)는 모입자(10) 및 모입자(10)의 표면 상의 복수의 자입자들(20)을 포함할 수 있다. 모입자(10)는 전기 영동을 위해 양성 또는 음성의 전하를 갖도록 하전될 수 있다. 또한, 모입자(10)는 정보 표시를 위하여 안료 및/염료에 의해 착색된 고분자 수지계 재료를 포함할 수 있다. 설계된 모입자(10)의 직경은 400 nm 내지 3 ㎛이며, 상기 범위 내에서 적합한 전기 이동도를 확보할 수 있다.
상기 고분자 수지계 재료는, 예를 들면, 우레탄 수지(urethane resin), 요소 수지(urea resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 아크릴 우레탄 수지(acryl urethane resin), 아크릴 우레탄 실리콘 수지(acryl urethane silicone resin), 아크릴 우레탄 불화탄소 중합체(acryl urethane fluoro-carbon polymers), 아크릴 불화탄소 중합체(acryl fluorocarbon polymers), 실리콘 수지(silicone resin), 아크릴 실리콘 수지(acryl silicone resin), 폴리스티렌 수지(polystyrene resin), 스틸렌 아크릴 수지(styrene acrylic resin), 폴리오레핀 수지(polyolefin resin), 부틸알 수지(butyral resin), 비닐이딘 염화 수지(vinylidene chloride resin), 멜라민 수지(melamine resin), 페놀 수지(phenolic resin), 불화탄소 중합체(fluorocarbon polymers), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate resin), 폴리술폰 수지(polysulfon resin), 폴리에테르 수지(polyether resin), 폴리에틸렌 수지(polyethylene resin) 및 폴리이미드 수지(polyamide resin)와 같은 중합체 수지 재료일 수 있으며, 이들 재료는 2 이상의 재료를 조합하여 사용될 수도 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 고분자 수지계 재료는, 젤라틴(geratin), 알긴산(alginic acid), 라텍스(latex) 중합체, 폴리스티렌, 폴리비닐 포르말, 폴리비닐 부티랄, 폴리 메틸 아크릴 레이트, 폴리부틸 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트 중 어느 하나 또는 전술한 것들과의 조합으로 형성될 수도 있다.
상기 안료 및/또는 염료에 의해 착색된 모입자(10)는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나, 마젠타색, 사이언색 및 황색 중 어느 하나, 또는 백색, 또는 흑색을 가질 수 있다. 필요에 따라, 모입자(10)는 컬러를 갖지 않도록 안료 및/또는 염료를 포함하지 않고 투명할 수도 있다. 상기 안료 및 염료는 상용의 적합한 재료일 수 있다. 예를 들면, 상기 안료는, 0.05 ㎛ ~ 수 ㎛ 전후의 입경을 갖고 상기 고분자 수지 내에 분산된 무기 미립자일 수 있다. 또한, 상기 염료는, 상용의 산성 염료(acid dyes), 유용성 염료(oil-soluble dyes), 분산 염료(disperse dyes), 반응성 염료(reactive dyes) 또는 직접 염료(direct dyes) 등일 수 있다.
또한, 모입자(10)의 하전량을 적극적으로 제어하기 위하여, 상기 고분자 수지계 재료에 양석 또는 음성 전하 조절제가 결합될 수 있다. 상기 양성 전하 조절제는, 예를 들면, 니그로신 염료(nigrosine dye), 트리페닐메탄 화합물(triph-enylmethane compound), 제 4 등급 암뮤늄 염 계열의 화합물(the fourth grade ammonium salt--based compound), 폴리아민 수지(polyamine resin) 및 이미다졸 유도체 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 음성 전하 조절제는, 예를 들면, 살리실산 금속 복합체(salicylic acid metal complex), 금속 함유 아조 염료(metal containing azo dye), 금속 함유 가유성 염료(oil-soluble dye of metal- containing), 제 4 급 암모늄 염계열 화합물(the fourth grade ammonium salt-based compound), 캘리사렌 화합물(calixarene compound), 붕소 함유 화합물(boron-containing compound, 예를 들면, 벤질산 붕소 복합체(benzyl acid boron complex), 및 니트로이미다졸 유도체(nitroimidazole derivative)일 수 있다. 전술한 재료들은 예시적이며 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니며, 다른 공지의 적합한 재료가 사용될 수도 있다.
복수의 자입자들(20)은 유기 미립자, 무기 미립자 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 자입자들(20)는 모입자보다 작도록 설계될 수 있으며, 10 nm 내지 300 nm 범위 내의 직경을 갖는다. 상기 자입자들(20)의 크기가 10 nm 미만인 경우에는 후술하는 중합 분산층의 형성이 실질적으로 어려울 뿐만 아니라, 입자의 체감 밀도 감소 효과를 얻기 어렵다.
상기 유기 미립자는, 예를 들면, 폴리에스테르, 스틸렌-아크릴, 메틸메타크릴레이트 계열의 중합체일 수 있다. 상기 유기 미립자는 분쇄 또는 중합 반응에 의해 형성할 수 있으며, 바람직하게는 입경 분포의 제어가 용이한 중합 반응에 의해 형성될 수 있다. 상기 중합 반응은 에멀젼 중합/응집법 또는 현탁 중합법에 의해 수행될 수 있다.
상기 무기 미립자는, 예를 들면, 타이타늄 산화물, 아연 황화물, 세륨 산화물, 알루미늄 산화물, 바륨 티탄 산화물과 같은 금속 산화물, 또는 탄산 칼슘, 산화 칼슘, 카올린과 같은 금속염, 또는 단원자 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 재료는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 무기 미립자는, Si, Ti, Sr, Al, Zn, Ba, Sb, Ce, Pd 등의 다른 금속 파티클, 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 산소질화물, 이들의 염, 또는 이들의 조합을 포함하는 다른 적합한 재료일 수 있다.
전술한 미립자들은 모입자(10)의 표면 상에 외첨될 수 있다. 이를 위하여, 모입자(10)의 표면에 상기 미립자를 기계적 방법에 의해 고정하는 비드 밀링(bead milling) 방법 또는 화학적 방법에 의한 그래프트 중합법이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 자입자들(20)은 비드 밀링에 의해 외첨할 수 있다. 상기 비드 밀링은, 모입자(10)와 자입자(20)를 지르코니아 비드와 함께 챔버에 넣어 준 뒤, 밀링 시간과 상기 비드량을 제어하면서 밀링 프로세스를 수행하면, 자입자가 모입자에 외첨된 코어 구조(15)가 얻어진다. 상기 밀링 프로세스 후에, 여과 공정을 거쳐 간단히 비드를 제거할 수 있다. 이러한 비드 밀링은 화학적 방법에 의한 그래프트 중합법에 비하여 공정이 간단할 뿐만 아니라, 그래프트 중합 이후 잔존 모노머를 제거하는 공정이 불필요하기 때문에 회수율이 높은 이점이 있다.
모입자(10) 상에 외첨된 복수의 자입자들(20)은 코어 구조(15)의 전체 표면적을 3 차원적으로 확장시키는 역할을 한다. 즉, 복수의 자입자들(20)에 의해 코어 구조(15)의 유효 표면적(= 표면적/부피)가 증가될 수 있다. 복수의 자입자들(20)의 평균 직경에 대한 모입자(10)의 평균 직경의 비는 1/300 내지 1/10 범위 내일 수 있다. 자입자(20)의 평균 직경이 모입자(10)의 평균 직경의 1/300 미만인 경우에는 복수의 자입자들에 의한 모입자 표면 피복률이 급격히 증가되어 유효 표면적이 오히려 감소될 수 있으며, 입자의 분산 안정성이 저해될 수 있다. 또한, 자입자(20)의 평균 직경이 100 nm 이하가 되면, 복수의 자입자들(20) 상에 후술될 중합 분산층을 제공하기 어렵다. 자입자(20)의 평균 직경이 모입자(10)의 평균 직경의 1/10 이상인 경우에는, 전술한 외첨 공정 이후에 자입자(20)의 부착 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
본 실시예에서, 모입자(10)의 표면 상에 외첨되는 복수의 자입자들(20)은, 서로 분리되는 것이 바람직하다. 복수의 자입자들(20)이 서로 붙어 연속적인 표면을 만드는 경우, 표면적 증가의 효과에 비하여 코어 입자의 중량이 증가되므로, 전기 영동 입자의 이동도가 감소되는 문제점이 있다. 따라서, 코어 구조(10)의 유효 표면적을 극대화하면서 이동도의 증가를 위해서는, 복수의 자입자들(20)이 모입자(10) 표면 상에 100% 미만의 피복률을 갖도록 불연속적으로 또는 이산적으로 외첨되는 것이 바람직하다.
복수의 자입자들(20)에 의해 3차원적으로 확장된 유효 표면적을 갖는 코어 구조(15) 상에 중합 분산층(30)이 제공된다. 모입자(10) 상에 중합 분산층(30)을 제공하는 것과 비교시, 확장된 유효 표면적을 갖는 코어 구조(15) 상에 중합 분산층(30)을 제공하는 경우, 더 많은 중합 분산층(30)이 결합되어 입자의 체감 밀도가 감소되며, 그에 따라 입자의 이동도와 쌍안정성이 개선될 수 있다.
중합 분산층(30)을 구성하는 중합 분산제는 복수의 자입자들(20)이 유기 미립자인 경우, 상기 유기 미립자와 화학적으로 결합되는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 유기 미립자와 상기 중합 분산제는 적합한 관능기들 사이의 산 염기 반응, 이온 결합, 공유 결합, 수소 결합, π 전자 결합 또는 이들의 조합을 통하여 서로 결합될 수 있다. 복수의 자입자들(20)이 무기 미립자로 형성된 경우, 상기 중합 분산제는 상기 무기 미립자 상에 물리적으로 코팅되거나 흡착될 수도 있다.
상기 중합 분산제는, 포화되지 않는 한 종류 이상의 모노머들의 자유 라디컬 중합 반응에 의해 제조될 수 있다. 적합한 자유 라디컬 중합 반응은 서스펜젼(suspension), 에멀젼(emulsion), 디스퍼션(dispersion) 및 바람직하게는 용해 중합법(solution polymerization)을 포함할 수 있다. 열거된 제조 방법은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 중합 분산제는 적어도 한 종류의 모노머 반복단을 갖는 중합체이며, 예를 들면, 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체일 수 있다. 상기 중합 분산제용 중합체는 전술한 바와 같이 상기 자입자의 표면과 화학적으로 상호 작용할 수 있는 적합한 작용기를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 자입자의 표면과 중합 분산제가 수소 결합을 하는 경우, 상기 자입자의 표면은 피리디늄기(pyridinium group), 이미다조리움기(group) 및 4급 암모늄기(quaternary ammonium group)와 같은 수소 도너를 포함할 수 있으며, 상기 중합 분산제는 케톤기(ketone group), 술폰기(sulfonate group), 피리디닌기(pyridinine group) 또는 카르복실기(carboxykate group)와 같은 수소 업섹터를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 중합 분산제는 상기 무기 미립자 상에 코팅되는 경우, 적합한 가교 반응을 할 수 있는 작용기를 가질 수 있다.
전술한 중합 분산층(30)은 자입자들(20)을 모입자(10)에 외첨하기 전에 자입자들(20)의 표면 상에 먼저 형성될 수 있다. 다른 실시예에서는, 모입자(10)에 자입자들(20)을 외첨하여 코어 구조(15)를 먼저 형성하고, 이후, 코어 구조(15)의 자입자들(20) 상에 중합 분산층(30)을 형성할 수도 있다. 또한, 중합 분산층(30)은 복수의 자입자(20)이 피복하지 않은 모입자(10)의 표면 상에 전술한 기전에 의해 더 형성될 수도 있다.
백색 및 흑색 전기 영동 입자들의 제조
<실시예 1>
흑색 모입자를 제조하기 위하여, 바인더 수지로서 양이온성 폴리에스테르, 흑색 안료로서 카본블랙을 사용하였으며, 전하조절제로서 오리엔트사(Orient Co.)로부터 입수가능한 Bontron E84를 사용하여 양전하를 갖는 모입자를 제조하였다. 구제적으로, 유기 용매인 20ml의 메틸에틸케톤에 약 1.0g의 양이온성 폴리에스테르를 용해한 후, 약 0.4 g의 카본블랙을 이에 첨가하고 혼합하여 분산액을 제조한다. 이후, 상기 분산액에 전하 조절제로서 Bontron NO7를 용해시킨 후, 고분자 화합을 유도하여 모입자를 제조하였다.
중합 분산층이 형성된 자입자를 제조하기 위하여, 표면 처리 이전의 친수성 표면을 갖는 SiO2가 분산된 분산액을 준비하고, 상기 SiO2의 표면 상의 -OH 기에 트리에톡실로 종결된 알콕시아민(Triethoxysilyl-Terminated Alkoxyamine) 개시자를 그래프팅시킨다. 이후, 상기 분산액에 스틸렌계 모노머를 넣어 중합 반응을 시키면, 스틸렌계 분산 중합층이 그래프팅된 SiO2 자입자들을 얻을 수 있다.
상기 스틸렌계 분산 중합층이 형성된 SiO2 자입자를 상기 모입자와 상기 자입자의 충 중량에 대하여 0.5 wt%만큼 혼합하고, 지르코니아 비드를 이용한 비드 밀링 공정을 수행하여 본 발명의 실시예 1에 따른 흑색 전기 영동 입자들을 제조하였다. 제조된 전기 영동 입자는, 800 nm의 평균 크기를 갖는 모입자에 10 nm 내지 30 nm의 크기를 갖는 자입자들이 40% 내지 60% 미만의 피복률로 모입자 표면에 외첨된 코어 구조를 갖는다.
<실시예 2>
전술한 실시예 1과 같이 카본블랙이 내첨된 모입자들과 스틸렌계 분산 중합층이 형성된 자입자들을 제조한 후, 상기 모입자와 상기 자입자의 충 중량에 대하여 10 wt%의 상기 자입자를 혼합한 후 비드 밀링 공정을 수행하여 본 발명의 실시예 2에 따른 흑색 전기 영동 입자들을 제조하였다. 제조된 전기 영동 입자는, 800 nm의 평균 크기를 갖는 모입자에 10 nm 내지 30 nm의 크기를 갖는 자입자들이 60% 내지 80% 미만의 피복률로 모입자 표면에 외첨된 코어 구조를 갖는다.
<비교예 1>
전술한 실시예들과의 성능 비교를 위하여, 전술한 모입자에 직접 분산제를 결합시킨 양으로 하전된 흑색 전기 영동 입자를 제조하였다.
<비교예 2>
전술한 실시예들과의 성능 비교를 위하여, 전술한 실시예 1과 같이 카본블랙이 내첨된 모입자들과 스틸렌계 분산 중합층이 형성된 자입자들을 제조한 후, 상기 모입자와 상기 자입자의 충 중량에 대하여 25 wt%의 상기 자입자를 혼합한 후 비드 밀링 공정을 수행하여 본 발명의 실시예 2에 따른 흑색 전기 영동 입자들을 제조하였다. 제조된 전기 영동 입자는, 800 nm의 평균 크기를 갖는 모입자에 10 nm 내지 30 nm의 크기를 갖는 자입자들이 100 % 이상의 피복률로 모입자 표면에 외첨된 코어 구조를 갖는다.
전술한 실시예 1 및 2, 및 비교예에 따른 흑색 전기 영동 입자들과 함께 분산되어 2 입자 습식 전기 영동 픽셀을 구성할 백색 전기 영동 입자들을 제조한다. 상기 백색 전기 영동 입자들은, 전술한 흑색 전기 영동 입자와 유사하게, 바인더 수지로서 음이온성 폴리에스테르, 백색 안료로서 TiO2를 사용하였으며, 전하조절제로서 Orient사로부터 입수가능한 Bontron P84를 사용하여 음극성으로 하전되었다.
전기 절연성 유체인 Isopar G(비중 0.75)에 전술한 흑색 전기 영동 입자들과 백색 전기 영동 입자들을 분산시켜 전기 영동 입자 분산액을 제조한 후, 실험용 전기 영동 디스플레이 픽셀에 충전하여, 표시 품질인 대비도, 쌍안정성 및 고온 안정성을 평가하였다. 하기의 표 1은 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2의 평가 결과를 나타낸다.
표 1에서 대조비는 백색 전기 영동 입자들이 픽셀 전면으로 부상되었을 때에 관측된 반사율(%W)과 흑색 전기 영동 입자들이 픽셀 전면으로 부상되었을 때에 관측된 반사율(%K)의 비(%W/%K)이다. 상기 반사율 측정은 실험용 전기 영동 픽셀을 제작하고, 암실에서 광원으로서 할로겐광을 조사하고 코니카 미놀타사(Konica Minolta Co.)의 휘도 측정 장치(CS-200)을 이용하여 반사광의 휘도를 평가하였다. 랩스피어사(Labspher Co.)의 표준 백색 반사판(SRS-99)이 사용되었다.
쌍안정성은 백색 전기 영동 입자들과 흑색 전기 영동 입자들의 초기 반사율을 측정한 뒤, 전원을 제거한 상태에서 유지되는 분산 상태에서 24 시간 동안 보관 후 반사율을 측정하여, 반사율의 차이(ΔL*)를 평가한 것이다. 열안정성은, 70 ℃에서 240 시간이 경과된 뒤의 상기와 동일한 방법으로 반사율을 측정하여 초기 반사율과 240 시간 경과 후의 반사율의 차이(ΔL*)를 평가한 것이다.
반사율 대조비 쌍안정성 (ΔL*) 열안정성 (ΔL*)
[70 ℃, 240시간]
%W %K White Black White Black
실시예 1 40.8 % 4.1 % 9.95 -3.5 1.7 -1.8 1.5
실시예 2 39.5 % 3.7 % 10.68 -2.8 0.9 - 1.5 1.3
비교예 1 41.5 % 4.2 % 9.89 -6.5 2.1 -10.3 5.4
비교예 2 35% 5% 7 -10 3 -11.3 5.8
표 1을 참조하면, 자입자를 5wt% 외첨한 실시예 1과 자입자를 10wt% 외첨한 실시예 2의 경우, 자입자의 외첨된 피복률이 100 % 미만으로서, 자입자의 양이 증가할수록 대조비가 증가하고, 쌍안정성 및 열안정성이 개선되는 경향을 보인다. 이것은 중합 분산층이 형성된 자입자의 양이 증가할수록 전기 영동 입자의 체감 밀도가 감소되고, 분산 안정성이 증가되기 때문이다.
모입자의 표면에 직접 중합 분산층이 형성된 비교예 1에 따른 전기 영동 입자의 경우, 표시 품질에서 큰 차이는 없으나, 픽셀의 백색 및 흑색 구동 모두에서 실시예 1 및 2에 따른 입자 구조에 비해 경시적인 변화가 커 입자의 쌍안정성이 감소되는 것을 볼 수 있다. 특히, 픽셀의 백색 구동시 반사도의 감소 폭이 크며, 이것은 흑색 전기 영동 입자의 분산 안정성이 감소되어 백색 전기 영동 입자의 분산 상태에 영향을 주었기 때문인 것으로 추측된다.
비교예 2에 따른 입자의 경우에도, 비교예 1의 입자와 같이, 픽셀의 백색 및 흑색 구동 모두에서 반사율이 급격히 열화되며, 경시적 변화가 커 쌍안정성과 열안정성이 모두 감소된다. 실제 비교예 2에 따른 분산 용액은 제품화하기 어려운 정도의 대조비를 보이며, 표시하지는 않았지만, 과량의 자입자 첨가로 1층 내지 2층 이상의 연속적인 자입자 코팅층이 모입자 표면 상에 형성되고, 입자의 체감 밀도도 증가되어 구동 속도가 감소됨을 보였다.
전술한 실시예들에서, 모입자는 평균 입경이 800 nm이지만, 이는 예시적이며, 전술한 바와 같이, 습식 전기 영동 디스플레이 장치에서 최적의 표시 품질과 구동 특성을 가지면서 쌍안정성 및 열적 안정성을 나타내는 상기 모입자의 직경은, 400 nm 내지 3 ㎛의 범위 내이고, 입자의 코어 구조를 형성하는 자입자의 직경은 10 nm 내지 30 nm의 범위를 포함하면서 모입자의 직경 보다 작은 10 nm 내지 300 nm의 범위 내일 수 있다.
전기 영동 디스플레이 픽셀 및 장치
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 픽셀(200)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전기 영동 픽셀(200)은 서로 인접하는 2 이상의 복수의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 멀티 컬러 디스플레이 장치를 구현하기 위하여, 전기 영동 픽셀(200)은 복수의 컬러 서브 픽셀들(200Y, 200M, 200C)을 포함할 수 있다. 컬러 서브 픽셀들(200Y, 200M, 200C)은 각각 황색, 마젠타색 및 시안색 서브 픽셀들일 수 있다. 컬러 서브 픽셀들(200Y, 200M, 200C) 내에는 입자 분산 용액(DU)이 제공될 수 있다.
입자 분산 용액(DU)은 전기 절연성 유체(31)와 이에 분산되며 전술한 코어 구조를 가지며 해당 컬러, 예를 들면, 황색, 마젠타색 및 시안색을 갖는 컬러 전기 영동 입자들(100Y, 100M, 100C) 및 흑색 전기 영동 입자들(100K)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 컬러 서브 픽셀들(200Y, 200M, 200C)은, 예를 들면, 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀들일 수 있다. 이 경우, 컬러 서브 픽셀들(200Y, 200M, 200C)은 전술한 흑색 전기 영동 입자들(100K)과 함께 해당 컬러, 예를 들면, 적색, 녹색 및 청색을 갖는 컬러 전기 영동 입자들(100Y, 100M, 100C)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 2 입자 시스템에서, 각 서브 픽셀 내의 컬러 전기 영동 입자들(100Y, 100M, 100C)과 흑색 전기 영동 입자들(100K) 중 어느 한 종류의 입자들만이 코어 구조를 가질 수도 있다.
일부 실시예에서, 전기 영동 픽셀(200)은 백색 및 흑색 포화도를 증가시켜 대조비를 더욱 향상시킬 수 있도록, 전술한 컬러 서브 픽셀들(200Y, 200M, 200C)에 인접한 백색 서브 픽셀(200W)을 더 포함할 수 있다. 백색 서브 픽셀(200W)은, 전술한 바와 같은 흑색 전기 영동 입자들(100K)과 함께 백색 전기 영동 입자들(100W)을 포함할 수도 있다. 전기 영동 픽셀(200) 내에 컬러 전기 영동 입자들 및 흑색 전기 영동 입자들과 함께 컬러를 갖지 않는 투명한 입자를 더 포함할 수도 있다.
전기 영동 픽셀(200)을 구성하는 서브 픽셀들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 4각형 형태로 배열될 수 있지만, 이는 예시적이다. 예를 들면, 전기 영동 픽셀(200)을 구성하는 서브 픽셀들은 라인 형태로 배열되거나, 육각형, 팔각형과 같은 다각형, 동심원들 또는 이들의 조합된 형태를 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도 2에서는, 입자 분산 용액(DU)을 저장하는 수단으로서 마이크로 캡슐(200S)을 예시하고 있지만, 이는 예시적이며, 각 픽셀 또는 서브 픽셀들 사이는 후술하는 바와 같은 격벽 구조에 의해 캐비티가 정의되고, 상기 캐비티 내에 마이크로 캡슐(200S)이 배치되거나, 마이크로 캡슐(200S)이 없이 상기 캐비티 내에 입자 분산 용액이 직접 저장될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입자 분산 용액은 공지의 마이크로 컵 구조 또는 다른 다양한 형태의 캐비티 구조, 폴리머 분산형 구조 내에 저장될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 영동 디스플레이 장치(300)를 나타내는 단면도이다.
도 3를 참조하면, 서로 대향하는 제 1 기판(310; 본 도면에서는 하부 기판일 수 있음)과 제 2 기판(320; 본 도면에서는 상부 기판일 수 있음) 사이에 적어도 하나 이상의 캐비티(V1, V2, V3)를 포함하는 광 변환 층(70)이 제공될 수 있다. 하부 기판(310)과 상부 기판(320) 중 적어도 어느 하나, 예를 들면, 관찰자측의 상부 기판(320)은 유리 및 투명 수지와 같은 투명한 재료로 형성될 수 있다.
캐비티(V1, V2, V3)는 도시된 바와 같이 분리 부재인 격벽(300R)에 의해 정의될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 캐비티(V1, V2, V3)는 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이 마이크로 컵 구조 또는 마이크로 캡슐과 같은 다른 분리 부재에 의해 정의될 수도 있다. 캐비티들(V1, V2, V3)은, 단독으로 또는 인접한 다른 하나 이상의 캐비티들과 조합되어, 하나의 서브 픽셀 또는 픽셀을 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 전기 영동 디스플레이 장치(300)는 전기 영동 입자들(100K; 100Y, 100M, 100C)을 구동하기 위한 전극들(341; 342Y, 342M, 342C)을 포함할 수 있다. 전극들(341, 342)은, 도시된 바와 같이 기판들(310, 320)의 주면에 수직하는 전계를 발생시킬 수 있도록 서로 대향하는 구성을 가질 수 있다. 하부 기판(310) 상에 배치된 전극들(342Y, 342M, 342C)은 트랜지스터와 같은 적합한 스위칭 소자에 의해 각 픽셀마다 독립적인 어드레싱이 가능한 개별 전극일 수 있으며, 상부 기판(320) 상의 전극(341)은 상기 개별 전극들에 대향하는 공통 전극일 수 있다. 그러나, 전술한 전극 구성은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한된 것은 아니다. 예를 들면, 공지의 인플레인(in-plane) 구성 또는 이들이 조합된 구성을 가질 수도 있다. 또한, 이들 전극들(341, 342) 중 적어도 어느 하나, 예를 들면 공통 전극은 인듐-주석-산화물(Indium-Tin-Oxide; ITO) 또는 다른 투명 도전체로 형성된 투명 전극일 수 있다.
개별 전극들(342Y, 342M, 342C)은 스위칭 소자로서 트랜지스터들(350)을 포함하는 능동 매트릭스에 의해 구동될 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 당업자라면, 수동 매트릭스 방식의 전극 구성, 또는 정적 구동을 위한 세그먼트 방식의 전극 구성과 배선 구조도 본 발명의 실시예에 포함됨을 이해할 수 있을 것이다.
캐비티(V1, V2, V3) 내에는 전기 절연성 유체(U)로 충전되고, 전술한 코어 구조를 갖는 적어도 한 종류의 입자들(100Y, 100M, 100C, 100K)이 분산된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하전된 모입자 상에 외첨된 복수의 자입자들에 의해 유효 표면적이 확장되고, 상기 확장된 유효 표면적 상에 중합 분산층이 형성되어, 중합 분산층의 결합 면적이 극대화된다. 그에 따라, 습식 전기 영동 디스플레이 픽셀 내에서 상기 전기 영동 입자들의 분산 안정성이 향상되고, 상온에서는 물론 고온에서도 우수한 표시 품질과 쌍안정성이 확보될 수 있다. 또한, 전기 절연성 유체 내에서 중합 분산층에 의해 상기 전기 영동 입자의 체감 밀도가 감소되어, 전기적 이동도가 증가됨으로써 구동 속도가 향상된 전기 영동 디스플레이 장치를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (17)

  1. 하전된 모입자; 및 상기 모입자의 표면 상에 외첨된 복수의 자입자들을 포함하는 코어 구조; 및
    상기 코어 구조 상의 중합 분산층을 포함하는 전기 영동 입자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합 분산층은 상기 복수의 자입자들 표면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 중합 분산층은 상기 자입자가 외첨되지 않은 표면 상에 더 형성된 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모입자는 하전된 중합 바인더 및 상기 중합 바인더 내에 분산된 색재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모입자의 직경은, 400 nm 내지 3 ㎛의 범위 내이고,
    상기 복수의 자입자들의 직경은, 10 nm 내지 300 nm의 범위 내이며,
    상기 복수의 자입자들은 상기 모입자 표면에 100 % 미만의 피복률을 갖도록 외첨되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 자입자들의 평균 직경에 대한 상기 모입자의 평균 직경의 비는 1/300 내지 1/10 범위 내인 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 자입자들은, 금속 산화물, 금속염, 또는 단원자 금속 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 자입자들은, 폴리에스테르, 스틸렌-아크릴, 메틸메타크릴레이트 계열의 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합 분산층은 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자.
  10. 하전된 모입자를 제공하는 단계;
    상기 하전된 모입자 상에 복수의 자입자들을 외첨시켜, 상기 하전된 모입자의 표면적을 확장시키는 단계; 및
    상기 복수의 자입자들의 표면 상에 중합 분산층을 형성하는 단계를 포함하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 자입자들은 상기 하전된 모입자 상에 100% 미만의 피복률을 갖도록 외첨되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 중합 분산층은, 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 하전된 모입자 상에 복수의 자입자들을 외첨시키는 것은 비드 밀링에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  14. 하전된 모입자를 제공하는 단계;
    표면에 중합 분산층이 형성된 복수의 자입자들를 제공하는 단계; 및
    상기 하전된 모입자 상에 상기 중합 분산층이 형성된 복수의 자입자들을 외첨시켜, 상기 하전된 모입자의 표면적을 확장시키는 단계를 포함하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 자입자들은 상기 하전된 모입자 상에 100% 미만의 피복률을 갖도록 외첨되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 중합 분산층은, 스틸렌(Styrene) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 하전된 모입자 상에 복수의 자입자들을 외첨시키는 것은 비드 밀링에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
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